KR100668309B1 - Manufacturing method of nozzle plate - Google Patents

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Abstract

잉크 액적의 토출 방향을 제어할 수 있는 구조를 가진 노즐 플레이트와 이를 구비한 잉크젯 프린트헤드 및 노즐 플레이트의 제조 방법이 개시된다. 개시된 노즐 플레이트에는 적어도 하나의 노즐이 관통 형성되어 있으며, 상기 노즐의 둘레에는, 노즐 내의 유체를 부분적으로 가열하여 그 부분의 그 표면장력을 변화시킴으로써 노즐을 통해 토출되는 유체의 토출 방향을 편향시키는 히터가 배치된다. 상기 히터는 노즐과 소정 간격을 두고 노즐의 둘레에 배치된 적어도 두 개의 세그먼트로 분할되며, 상기 적어도 두 개의 세그먼트 각각에는 적어도 두 개의 세그먼트 각각을 독립적으로 구동시키기 위한 전극이 연결된다. 그리고, 개시된 잉크젯 프린트헤드는, 다수의 압력 챔버를 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로 플레이트와, 유로 플레이트의 상부에 형성된 압전 액츄에이터와, 유로 플레이트의 저면에 부착된 상기 노즐 플레이트를 구비한다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 방향을 여러 방향으로 제어할 수 있게 되어, 낮은 CPI를 가진 프린트헤드를 이용하면서도 높은 DPI로 화상을 인쇄할 수 있게 된다. Disclosed are a nozzle plate having a structure capable of controlling the ejection direction of ink droplets, and an inkjet printhead and a method of manufacturing the nozzle plate. At least one nozzle is formed through the disclosed nozzle plate, and a heater is arranged around the nozzle to deflect the discharge direction of the fluid discharged through the nozzle by partially heating the fluid in the nozzle to change its surface tension. Is placed. The heater is divided into at least two segments arranged around the nozzles at predetermined intervals from the nozzle, and each of the at least two segments is connected with an electrode for independently driving each of the at least two segments. The disclosed inkjet printhead includes a flow path plate in which an ink flow path including a plurality of pressure chambers is formed, a piezoelectric actuator formed on the top of the flow path plate, and the nozzle plate attached to a bottom surface of the flow path plate. According to the present invention, it is possible to control the discharge direction of the ink droplets discharged through the nozzle in various directions, so that the image can be printed at a high DPI while using a printhead having a low CPI.

Description

노즐 플레이트의 제조 방법{Manufacturing method of nozzle plate}Manufacturing method of nozzle plate

도 1은 종래의 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드의 일반적인 구성을 도시한 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing a general configuration of a conventional piezoelectric drive inkjet printhead.

도 2와 도 3은 낮은 CPI의 프린트헤드를 이용하여 높은 DPI의 화상을 인쇄하는 종래의 두 가지 방법을 설명하기 위한 도면들이다.2 and 3 illustrate two conventional methods for printing a high DPI image using a low CPI printhead.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이다.4 is a vertical sectional view of the inkjet printhead according to the preferred embodiment of the present invention.

도 5a는 도 4에 도시된 노즐 플레이트에 마련된 히터의 일 예를 보여주는 부분 확대 평면도이다. 5A is a partially enlarged plan view illustrating an example of a heater provided in the nozzle plate illustrated in FIG. 4.

도 5b는 도 4에 도시된 노즐 플레이트에 마련된 히터의 다른 예를 보여주는 부분 확대 평면도이다. 5B is a partially enlarged plan view illustrating another example of the heater provided in the nozzle plate illustrated in FIG. 4.

도 6a 내지 도 6c는 도 5a에 도시된 본 발명에 따른 노즐 플레이트에 의한 잉크 액적의 편향을 설명하기 위한 단면도들이다. 6A to 6C are cross-sectional views for explaining the deflection of ink droplets by the nozzle plate according to the present invention shown in FIG. 5A.

도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트에 의해 높은 해상도의 화상을 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a method of printing a high resolution image by the nozzle plate of the inkjet printhead according to the present invention.

도 8a 내지 도 8f는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 노즐 플레이트의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다. 8A to 8F are cross-sectional views showing a method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention shown in FIG.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100...노즐 플레이트 110...기판100 ... Nozzle Plate 110 ... Substrate

120...전극 130...절연층120 electrode 130 insulation layer

140...히터 141,142,143,144...히터 세그먼트140 ... heater 141,142,143,144 ... heater segment

150...노즐 200...유로 플레이트 150 ... Nozzle 200 ... Euro Plate

202...매니폴드 203...리스트릭터 202 ... Manifold 203 ... Lister

204...압력 챔버 205...댐퍼204 Pressure chamber 205 Damper

210...제1 유로 플레이트 212...절연막210 ... 1st Euro plate 212 ... insulating film

220...제2 유로 플레이트 300...압전 액츄에이터220.2nd flow path plate 300 ... piezoelectric actuator

310...하부 전극 320...압전막310 lower electrode 320 piezoelectric film

330...상부 전극 400...용지330 ... Upper electrode 400 ... Paper

401,402,403...도트 401,402,403 ... dot

본 발명은 잉크젯 프린트헤드에 관한 것으로, 보다 상세하게는 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 방향을 제어할 수 있는 구조를 가진 노즐 플레이트와 이를 구비하여 높은 해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 노 즐 플레이트의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an inkjet printhead, and more particularly, to a nozzle plate having a structure capable of controlling the ejection direction of ink droplets ejected through a nozzle, and an inkjet printhead having the same to print a high resolution image. And a method for producing the nozzle plate.

일반적으로 잉크젯 프린트헤드는, 인쇄용 잉크의 미소한 액적(droplet)을 용지나 직물 등 인쇄 대상물 상의 원하는 위치에 토출시켜서 인쇄 대상물의 표면에 소정 색상의 화상을 인쇄하는 장치이다. 이러한 잉크젯 프린트헤드는 잉크 토출 방식에 따라 크게 두 가지로 나뉠 수 있다. 그 하나는 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이고, 다른 하나는 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드이다. In general, an inkjet printhead is an apparatus for printing an image of a predetermined color on the surface of a printing object by ejecting a small droplet of printing ink to a desired position on the printing object such as paper or fabric. Such inkjet printheads can be classified into two types according to ink ejection methods. One is a thermal drive inkjet printhead, and the other is a piezoelectric drive inkjet printhead.

상기 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에서의 잉크 액적 토출 메카니즘을 설명하면 다음과 같다. 저항 발열체로 이루어진 히터에 펄스 형태의 전류가 흐르게 되면, 히터에서 열이 발생되면서 히터에 인접한 잉크를 짧은 시간내에 가열함에 따라 잉크가 비등하면서 버블이 생성되고, 생성된 버블은 팽창하여 잉크 챔버 내에 채워진 잉크에 압력을 가하게 된다. 이로 인해 노즐 부근에 있던 잉크가 노즐을 통해 액적의 형태로 잉크 챔버 밖으로 토출된다. 그런데, 이와 같은 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 있어서는, 버블을 형성시키기 위해 잉크를 수백 ℃ 이상으로 가열하여야 하므로, 에너지 소모가 많고, 프린트헤드 자체에 열적 스트레스가 많이 가해지며, 가열된 잉크의 냉각에 비교적 많은 시간이 소요되어 구동 주파수를 높이는데 한계가 있다. The ink droplet ejection mechanism in the thermally driven inkjet printhead will be described below. When a pulse-type current flows to a heater made of a resistive heating element, as the heat is generated in the heater and the ink adjacent to the heater is heated in a short time, bubbles are generated as the ink is boiled, and the bubbles generated are expanded and filled in the ink chamber. Pressure is applied to the ink. As a result, the ink near the nozzle is discharged out of the ink chamber in the form of droplets through the nozzle. By the way, in such a heat-driven inkjet printhead, the ink must be heated to a few hundred degrees Celsius or more to form bubbles, which consumes a lot of energy, exerts a lot of thermal stress on the printhead itself, and cools the heated ink. It takes a relatively long time to increase the driving frequency.

상기 압전구동 방식의 잉크젯 프린트헤드는, 압전체를 사용하여 그 압전체의 변형으로 인해 잉크에 가해지는 압력으로 잉크를 토출시키는 방식의 잉크젯 프린트헤드로서, 도 1에 그 일반적인 구성이 도시되어 있다. The piezoelectric drive-type inkjet printhead is an inkjet printhead in which ink is discharged at a pressure applied to the ink due to deformation of the piezoelectric body, and a general configuration thereof is shown in FIG.

도 1을 참조하면, 유로 플레이트(10)에는 잉크 유로를 구성하는 매니폴드 (13), 다수의 리스트릭터(12) 및 다수의 압력 챔버(11)가 형성되어 있으며, 노즐 플레이트(20)에는 다수의 압력 챔버(11) 각각에 대응하는 다수의 노즐(22)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 유로 플레이트(10)의 상부에는 압전 액츄에이터(40)가 마련되어 있다. 상기 매니폴드(13)는 도시되지 않은 잉크 저장고로부터 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(11) 각각으로 공급하는 통로이며, 리스트릭터(12)는 매니폴드(13)로부터 압력 챔버(11) 내부로 잉크가 유입되는 통로이다. 상기 다수의 압력 챔버(11)는 토출될 잉크가 채워지는 곳으로, 매니폴드(13)의 일측 또는 양측에 배열되어 있다. 이러한 압력 챔버(11)는 압전 액츄에이터(40)의 구동에 의해 그 부피가 변화함으로써 잉크의 토출 또는 유입을 위한 압력 변화를 생성하게 된다. 이를 위해, 유로 플레이트(10)의 압력 챔버(11) 상부벽을 이루게 되는 부위는 압전 액츄에이터(40)에 의해 변형되는 진동판(14)의 역할을 하게 된다. Referring to FIG. 1, a manifold 13 constituting an ink flow path, a plurality of restrictors 12, and a plurality of pressure chambers 11 are formed in a flow path plate 10, and a plurality of nozzle plates 20 are formed in the flow path plate 10. A plurality of nozzles 22 corresponding to each of the pressure chambers 11 are formed. The piezoelectric actuator 40 is provided on the flow path plate 10. The manifold 13 is a passage for supplying ink flowing from an ink reservoir (not shown) to each of the plurality of pressure chambers 11, and the restrictor 12 is moved from the manifold 13 into the pressure chamber 11. It is a passage through which ink flows. The plurality of pressure chambers 11 are filled with the ink to be discharged, and are arranged on one side or both sides of the manifold 13. The pressure chamber 11 generates a change in pressure for ejecting or injecting ink by changing its volume by driving the piezoelectric actuator 40. To this end, a portion of the flow path plate 10 that forms the upper wall of the pressure chamber 11 serves as the diaphragm 14 deformed by the piezoelectric actuator 40.

상기 압전 액츄에이터(40)는 유로 플레이트(10) 위에 순차 적층된 하부 전극(41)과, 압전막(42)과, 상부 전극(43)으로 구성된다. 그리고, 상기 하부 전극(41)과 유로 플레이트(10) 사이에는 절연막으로서 실리콘 산화막(31)이 형성되어 있다. 하부 전극(41)은 실리콘 산화막(31)의 전 표면에 형성되며, 공통 전극의 역할을 하게 된다. 압전막(42)은 압력 챔버(11)의 상부에 위치하도록 하부 전극(41) 위에 형성된다. 상부 전극(43)은 압전막(42) 위에 형성되며, 압전막(42)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하게 된다. The piezoelectric actuator 40 includes a lower electrode 41, a piezoelectric film 42, and an upper electrode 43 sequentially stacked on the flow path plate 10. A silicon oxide film 31 is formed between the lower electrode 41 and the flow path plate 10 as an insulating film. The lower electrode 41 is formed on the entire surface of the silicon oxide film 31 and serves as a common electrode. The piezoelectric film 42 is formed on the lower electrode 41 to be positioned above the pressure chamber 11. The upper electrode 43 is formed on the piezoelectric film 42 and serves as a driving electrode for applying a voltage to the piezoelectric film 42.

상기한 바와 같은 구성을 가진 종래의 잉크젯 프린트헤드를 이용하여 화상을 인쇄하는 데 있어서, 화상의 해상도는 인치당 노즐의 수에 크게 영향을 받는다. 여 기에서, 인치당 노즐의 수는 일반적으로 CPI(Channel per Inch)로 나타내어지며, 화상의 해상도는 일반적으로 DPI(Dot per Inch)로 나타내어진다. 그런데, 종래의 잉크젯 프린트헤드에 있어서, CPI의 향상은 반도체 기판의 미세 가공 기슬 및 액츄에이터의 발전에 좌우되며, 이러한 기술의 발전 속도는 점차 보다 높은 해상도의 화상을 요구하는 최근의 추세를 충분히 만족시키지 못하고 있다. In printing an image using a conventional inkjet printhead having the above configuration, the resolution of the image is greatly influenced by the number of nozzles per inch. Here, the number of nozzles per inch is generally expressed in CPI (Channel per Inch), and the resolution of the image is generally expressed in Dot per Inch (DPI). However, in conventional inkjet printheads, the improvement in CPI is dependent on the development of microfabrication gases and actuators of semiconductor substrates, and the speed of development of these technologies does not sufficiently satisfy the recent trend of demanding higher resolution images. I can't.

따라서, 종래에는 낮은 CPI의 프린트헤드를 이용하여 높은 DPI의 화상을 인쇄하는 여러 가지 방법이 이용되고 있으며, 그 두 가지 예가 도 2와 도 3에 도시되어 있다. Accordingly, various methods of printing a high DPI image using a low CPI printhead are conventionally used, and two examples thereof are illustrated in FIGS. 2 and 3.

그 한 가지 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 프린트헤드(50)에 다수의 노즐(51, 52)을 2열 이상으로 배열하는 것이다. 이 때, 제1 열에 배열된 노즐들(51)과 제 2열에 배열된 노즐들(52)은 서로 엇갈리도록 배치된다. 이와 같이 노즐들(51, 52)이 어레이 형태로 배열된 프린트헤드(50)를 사용하여, 제1열에 배열된 노즐들(51)로부터 토출되는 잉크 액적들과 제2 열에 배열된 노즐들(52)로부터 토출되는 잉크 액적들이 하나의 라인을 형성하도록 화상을 인쇄한다. 그러면, 용지(60) 상에는 제1 열의 노즐들(51)에 의한 도트들(61)와 제2 열의 노즐들(52)에 의한 도트들(62)이 하나의 라인 상에 서로 번갈아 형성된다. 따라서, 용지(60) 상에 형성되는 화상의 DPI는 프린트헤드(50)의 CPI에 비해 2배가 되는 것이다. One method is to arrange a plurality of nozzles 51, 52 in two or more rows in the printhead 50, as shown in FIG. At this time, the nozzles 51 arranged in the first row and the nozzles 52 arranged in the second row are arranged to be staggered with each other. As such, using the printhead 50 in which the nozzles 51 and 52 are arranged in an array, ink droplets ejected from the nozzles 51 arranged in the first row and the nozzles 52 arranged in the second row. The image is printed so that ink droplets ejected from the ink form one line. Then, on the paper 60, the dots 61 by the nozzles 51 of the first row and the dots 62 by the nozzles 52 of the second row are alternately formed on one line. Therefore, the DPI of the image formed on the paper 60 is twice that of the CPI of the printhead 50.

그러나, 이와 같은 프린트헤드(50)에 있어서, 노즐들(51, 52)을 다수의 열로 정확한 위치에 배열하여야 하므로, 매우 정밀한 정렬 시스템을 필요로 하며, 프린트헤드(50)의 크기가 커지게 된다. 따라서, 프린트헤드(50)의 가격이 비싸지는 단 점이 있다. However, in such a printhead 50, the nozzles 51, 52 must be arranged in the correct position in a plurality of rows, which requires a very precise alignment system, and the size of the printhead 50 becomes large. . Therefore, there is a disadvantage that the price of the printhead 50 is expensive.

다른 한 가지 방법은, 도 3에 도시된 바와 같이, 낮은 CPI를 가진 프린트헤드(70)를 용지(80)에 대해 소정 각도(θ)로 기울여서 인쇄하는 방법이다. 그러면, 용지(80) 상에는 프린트헤드(70)에 형성된 노즐들(71)의 간격보다 좁은 간격의 도트들(81)이 형성된다. 따라서, 용지(80) 상에 형성되는 화상의 DPI는 프린트헤드(70)의 CPI에 비해 높아지게 되는 것이다. 이 경우, 용지(80)에 대한 프린트헤드(70)의 강사 각도(θ)가 커질수록 DPI는 높아지게 되지만, 이에 따라 인쇄 면적이 줄어들게 되는 단점이 있다. 만약, 동일한 인쇄 면적을 얻고자 한다면 프린트헤드(70)의 길이가 길어져야 하는 단점이 있다. Another method is a method of printing by tilting a printhead 70 having a low CPI at a predetermined angle [theta] with respect to the paper 80, as shown in FIG. Then, dots 81 having a narrower spacing than the spacing of the nozzles 71 formed on the printhead 70 are formed on the paper 80. Therefore, the DPI of the image formed on the paper 80 becomes higher than the CPI of the printhead 70. In this case, as the instructor angle θ of the printhead 70 with respect to the paper 80 increases, the DPI increases, but the print area is reduced. If the same print area is to be obtained, the length of the printhead 70 must be long.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 특히 노즐 둘레에 마련되어 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 방향을 제어하는 히터를 가진 노즐 플레이트와 이를 구비함으로써 높은 해상도의 화상을 인쇄할 수 있는 잉크젯 프린트헤드 및 그 노즐 플레이트의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems of the prior art, in particular, a nozzle plate having a heater provided around the nozzle to control the ejection direction of the ink droplets discharged through the nozzle and having a high resolution image It is an object of the present invention to provide a printable inkjet printhead and a method of manufacturing the nozzle plate thereof.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 노즐 플레이트는, The nozzle plate according to the present invention for achieving the above technical problem,

유체를 토출하기 위한 적어도 하나의 노즐이 관통 형성된 노즐 플레이트에 있어서, In the nozzle plate through which at least one nozzle for discharging fluid is formed,

상기 노즐의 둘레에는, 상기 노즐 내의 유체를 부분적으로 가열하여 그 부분 의 그 표면장력을 변화시킴으로써 상기 노즐을 통해 토출되는 상기 유체의 토출 방향을 편향시키는 히터가 배치된 것을 특징으로 한다. The heater is arranged around the nozzle to partially deflect the fluid discharged through the nozzle by partially heating the fluid in the nozzle to change its surface tension.

본 발명에 있어서, 상기 히터는 상기 노즐과 소정 간격을 두고 상기 노즐의 둘레에 배치된 적어도 두 개의 세그먼트로 분할될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 세그먼트 각각에는 상기 적어도 두 개의 세그먼트 각각을 독립적으로 구동시키기 위한 전극이 연결될 수 있다. 바람직하게는, 상기 히터는 상기 노즐의 둘레를 따라 90°간격으로 분할된 네 개의 세그먼트로 이루어진다. In the present invention, the heater may be divided into at least two segments disposed around the nozzle at predetermined intervals from the nozzle, and each of the at least two segments independently drives each of the at least two segments. Electrodes for can be connected. Preferably, the heater consists of four segments divided at 90 ° intervals along the circumference of the nozzle.

본 발명에 있어서, 상기 노즐 플레이트는, 상기 노즐이 관통되어 형성된 기판과, 상기 기판 상에 형성된 상기 전극 및 히터와, 상기 전극과 상기 히터를 덮도록 상기 기판 상에 형성된 절연층을 구비할 수 있다. In the present invention, the nozzle plate may include a substrate formed through the nozzle, the electrode and the heater formed on the substrate, and an insulating layer formed on the substrate to cover the electrode and the heater. .

여기에서, 상기 기판은 인쇄회로기판용 베이스 기판으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 히터는 저항발열체, 예컨대 TaAl 또는 TaN 로 이루어질 수 있고, 상기 전극은 구리(Cu)로 이루어질 수 있으며, 상기 절연층은 PSR(Photo Solder Resist)로 이루어질 수 있다. Here, the substrate is preferably made of a base substrate for a printed circuit board, the heater may be made of a resistance heating element, such as TaAl or TaN, the electrode may be made of copper (Cu), the insulating layer is PSR (Photo Solder Resist).

그리고, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드는, And, the inkjet printhead according to the present invention for achieving the above technical problem,

토출될 잉크가 채워지는 다수의 압력 챔버를 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로 플레이트; A flow path plate having an ink flow path including a plurality of pressure chambers in which ink to be discharged is filled;

상기 유로 플레이트의 상부에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버 각각에 잉크 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터; 및 A piezoelectric actuator formed on an upper portion of the flow path plate to provide a driving force for ejecting ink to each of the plurality of pressure chambers; And

상기 유로 플레이트의 저면에 부착되며, 상기 다수의 압력 챔버로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐이 관통 형성된 노즐 플레이트;를 구비하며, A nozzle plate attached to a bottom surface of the flow path plate and having a plurality of nozzles penetrated therein for ejecting ink from the plurality of pressure chambers,

상기 다수의 노즐 각각의 둘레에는, 상기 각각의 노즐 내의 잉크를 부분적으로 가열하여 그 부분의 그 표면장력을 변화시킴으로써 상기 각각의 노즐을 통해 토출되는 상기 잉크 액적의 토출 방향을 편향시키는 히터가 배치된 것을 특징으로 한다. Around each of the plurality of nozzles, a heater is arranged which deflects the ejection direction of the ink droplets ejected through the respective nozzles by partially heating the ink in the nozzles and changing the surface tension of the portions. It is characterized by.

또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 노즐 플레이트의 제조 방법은, In addition, the manufacturing method of the nozzle plate according to the present invention for achieving the above technical problem,

유체를 토출하기 위한 적어도 하나의 노즐이 관통 형성된 노즐 플레이트의 제조 방법에 있어서, In the manufacturing method of the nozzle plate through which at least one nozzle for discharging a fluid,

기판 상에 소정 패턴으로 전극을 형성하는 단계; Forming electrodes on the substrate in a predetermined pattern;

상기 기판 상에 상기 전극을 덮도록 제1 절연층을 형성하는 단계; Forming a first insulating layer on the substrate to cover the electrode;

상기 제1 절연층을 패터닝하여 상기 노즐이 형성될 부위의 둘레에 상기 전극의 일부를 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계; Patterning the first insulating layer to form a trench that exposes a portion of the electrode around a portion where the nozzle is to be formed;

상기 트렌치 내에 저항발열체를 증착하여 히터를 형성하는 단계; Depositing a resistance heating element in the trench to form a heater;

상기 제1 절연층 위에 상기 히터를 덮도록 제2 절연층을 형성하는 단계; 및 Forming a second insulating layer on the first insulating layer to cover the heater; And

상기 기판, 제1 절연층 및 제2 절연층을 관통하도록 가공하여 상기 히터 안쪽에 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다. And forming a nozzle inside the heater by processing the substrate, the first insulating layer, and the second insulating layer to penetrate.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면 상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 또한, 한 층이 기판이나 다른 층의 위에 존재한다고 설명될 때, 그 층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 그 위에 존재할 수도 있고, 그 사이에 제 3의 층이 존재할 수도 있다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements, and the size of each element may be exaggerated for clarity and convenience of description. In addition, when one layer is described as being on top of a substrate or another layer, the layer may be present over and in direct contact with the substrate or another layer, with a third layer in between.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드의 수직 단면도이고, 도 5a는 도 4에 도시된 노즐 플레이트에 마련된 히터의 일 예를 보여주는 부분 확대 평면도이며, 도 5b는 도 4에 도시된 노즐 플레이트에 마련된 히터의 다른 예를 보여주는 부분 확대 평면도이다. 4 is a vertical cross-sectional view of an inkjet printhead according to a preferred embodiment of the present invention, FIG. 5A is a partially enlarged plan view showing an example of a heater provided in the nozzle plate shown in FIG. 4, and FIG. 5B is shown in FIG. 4. A partially enlarged plan view showing another example of a heater provided in the nozzle plate.

먼저 도 4와 도 5a를 함께 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 잉크젯 프린트헤드는, 다수의 압력 챔버(204)를 포함하는 잉크 유로가 형성된 유로 플레이트(200)와, 상기 유로 플레이트(200)의 상부에 형성되어 상기 다수의 압력 챔버(204) 각각에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 압전 액츄에이터(300)와, 상기 유로 플레이트(200)의 저면에 부착되며 상기 다수의 압력 챔버(204)로부터 잉크를 토출하기 위한 다수의 노즐(150)이 관통 형성된 노즐 플레이트(100)를 구비한다. First, referring to FIG. 4 and FIG. 5A, an inkjet printhead according to an exemplary embodiment of the present invention includes a flow path plate 200 having an ink flow path including a plurality of pressure chambers 204, and the flow path plate 200. And a piezoelectric actuator 300 which is formed on an upper portion of the plurality of pressure chambers 204 and provides a driving force for ejecting ink to each of the plurality of pressure chambers 204, and is attached to a bottom surface of the flow path plate 200. A plurality of nozzles 150 for discharging ink from the plurality of nozzles 150 are provided with nozzle plates 100 formed therethrough.

상기한 잉크 유로는, 토출될 잉크가 채워지며 잉크를 토출시키기 위한 압력 변화를 발생시키는 다수의 압력 챔버(204)와, 도시되지 않은 잉크 도입구를 통해 유입된 잉크를 다수의 압력 챔버(204)에 공급하는 공통 유로인 매니폴드(202)와, 매니폴드(202)로부터 각각의 압력 챔버(204)로 잉크를 공급하기 위한 개별 유로인 리스트릭터(203)를 포함한다. 그리고, 압력 챔버(204)와 노즐 플레이트(100)에 형 성된 노즐(150) 사이에는 압전 액츄에이터(300)에 의해 압력 챔버(204)에서 발생된 에너지를 노즐(150)쪽으로 집중시키고 급격한 압력 변화를 완충하기 위한 댐퍼(205)가 마련될 수 있다. 이러한 잉크 유로를 형성하는 구성요소들은 상기 유로 플레이트(200)에 형성된다. 그리고, 상기 유로 플레이트(200)의 상기 압력 챔버(204)의 상부벽을 이루는 부위는 압전 액츄에이터(300)의 구동에 의해 변형되는 진동판의 역할을 하게 된다. The ink flow path includes a plurality of pressure chambers 204 filled with ink to be discharged and generating a pressure change for ejecting ink, and a plurality of pressure chambers 204 for ink flowing through an ink inlet (not shown). A manifold 202, which is a common flow path to be supplied thereto, and a restrictor 203, which is an individual flow path for supplying ink from the manifold 202 to each pressure chamber 204, is included. In addition, between the pressure chamber 204 and the nozzle 150 formed in the nozzle plate 100, the energy generated in the pressure chamber 204 by the piezoelectric actuator 300 is concentrated toward the nozzle 150 and a sudden pressure change is generated. A damper 205 may be provided for buffering. Components forming the ink flow path are formed in the flow path plate 200. The portion of the flow path plate 200 that forms the upper wall of the pressure chamber 204 serves as a diaphragm that is deformed by driving the piezoelectric actuator 300.

구체적으로, 상기 유로 플레이트(200)는 도시된 바와 같이 제1 유로 플레이트(210)와 제2 유로 플레이트(220)로 구성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 유로 플레이트(210)의 저면에 상기 압력 챔버(204)가 소정 깊이로 형성된다. 상기 압력 챔버(204)는 잉크의 흐름 방향으로 보다 긴 직육면체의 형상을 가질 수 있다. Specifically, the flow path plate 200 may be composed of a first flow path plate 210 and a second flow path plate 220 as shown. In this case, the pressure chamber 204 is formed at a predetermined depth on the bottom surface of the first flow path plate 210. The pressure chamber 204 may have a longer rectangular parallelepiped shape in the flow direction of the ink.

상기 제2 유로 플레이트(220)에 상기 매니폴드(202)가 형성된다. 상기 매니폴드(202)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 유로 플레이트(220)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수도 있고, 제2 유로 플레이트(220)를 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 그리고, 제2 유로 플레이트(220)에는 매니폴드(202)와 다수의 압력 챔버(204) 각각의 일단부를 연결하는 개별 유로인 리스트릭터(203)가 형성된다. 상기 리스트릭터(203)도, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 유로 플레이트(220)의 상면으로부터 소정 깊이로 형성될 수도 있고, 제2 유로 플레이트(220)를 수직으로 관통하여 형성될 수도 있다. 또한, 제2 유로 플레이트(220)에는 다수의 압력 챔버(204) 각각의 타단부에 대응되는 위치에 압력 챔버(204)와 노즐(150)을 연결하는 댐퍼(205)가 수직으로 관통 형성된다. The manifold 202 is formed on the second flow path plate 220. As illustrated in FIG. 4, the manifold 202 may be formed at a predetermined depth from an upper surface of the second flow path plate 220 or may be formed by vertically penetrating the second flow path plate 220. . In addition, the second flow path plate 220 is formed with a restrictor 203 which is a separate flow path connecting one end of each of the manifold 202 and the plurality of pressure chambers 204. As shown in FIG. 4, the restrictor 203 may be formed to have a predetermined depth from an upper surface of the second flow path plate 220, or may be formed by vertically penetrating the second flow path plate 220. . In addition, a damper 205 connecting the pressure chamber 204 and the nozzle 150 is vertically formed in the second flow path plate 220 at a position corresponding to the other end of each of the plurality of pressure chambers 204.

한편, 위에서는 잉크 유로를 이루는 구성 요소들이 두 개의 유로 플레이트(210, 220)에 나뉘어져 배치된 것으로 도시되고 설명되었지만, 이러한 잉크 유로의 배치 구조는 단지 예시적인 것이다. 즉, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에는 다양한 구성의 잉크 유로가 마련될 수 있으며, 이러한 잉크 유로는 두 개의 유로 플레이트(210, 220)가 아니라 그 보다 많은 플레이트에 형성될 수도 있으며, 단지 하나의 유로 플레이트에 형성될 수도 있다. On the other hand, although the components constituting the ink flow path have been shown and described as being divided into two flow path plates 210 and 220, the arrangement of the ink flow paths is merely exemplary. That is, the inkjet printhead according to the present invention may be provided with ink passages of various configurations, and these ink passages may be formed on more plates than the two passage plates 210 and 220, but only one passage. It may be formed in the plate.

상기 압전 액츄에이터(300)는, 압력 챔버(204)가 형성된 제1 유로 플레이트(210)의 상부에 형성되어, 상기 압력 챔버(204)에 잉크의 토출을 위한 구동력을 제공하는 역할을 한다. 이러한 압전 액츄에이터(300)는, 공통 전극의 역할을 하는 하부 전극(310)과, 전압의 인가에 따라 변형되는 압전막(320)과, 구동 전극의 역할을 하는 상부 전극(330)을 구비하며, 하부 전극(310), 압전막(320) 및 상부 전극(330)이 제1 유로 플레이트(210) 위에 순차적으로 적층된 구조를 가진다. The piezoelectric actuator 300 is formed above the first flow path plate 210 in which the pressure chamber 204 is formed, and serves to provide a driving force for ejecting ink to the pressure chamber 204. The piezoelectric actuator 300 includes a lower electrode 310 serving as a common electrode, a piezoelectric film 320 deformed according to application of a voltage, and an upper electrode 330 serving as a driving electrode. The lower electrode 310, the piezoelectric film 320, and the upper electrode 330 are sequentially stacked on the first flow path plate 210.

구체적으로, 상기 하부 전극(310)과 제1 유로 플레이트(210) 사이에는 절연막(212)이 형성된다. 상기 하부 전극(310)은 절연막(212)의 전 표면에 형성되며, 하나의 도전 금속 물질층으로 이루어질 수 있으나, Ti층과 Pt층의 두 개의 금속박막층으로 이루어진 것이 바람직하다. 이와 같이 Ti/Pt층으로 이루어진 하부 전극(310)은 공통 전극의 역할을 할 뿐만 아니라, 그 아래의 제1 유로 플레이트(210)와 그 위에 형성되는 압전막(320) 사이의 상호 확산(inter-diffusion)을 방지하는 확산 방지층(diffusion barrier layer)의 역할도 하게 된다. 상기 압전막(320)은 하부 전극(310) 위에 형성되며, 압력 챔버(204)에 대응하는 위치에 배치된다. 상기 압전막(320)은 전압의 인가에 의해 변형되며, 그 변형에 의해 압력 챔버(204) 상부의 진동판을 휨 변형시키는 역할을 하게 된다. 이러한 압전막(320)은 압전물질, 바람직하게는 PZT(Lead Zirconate Titanate) 세라믹 재료로 이루어질 수 있다. 상기 상부 전극(330)은 압전막(320)에 전압을 인가하는 구동 전극의 역할을 하는 것으로, 압전막(320) 위에 형성된다. In detail, an insulating film 212 is formed between the lower electrode 310 and the first flow path plate 210. The lower electrode 310 is formed on the entire surface of the insulating film 212 and may be formed of one conductive metal material layer. However, the lower electrode 310 may be formed of two metal thin films, a Ti layer and a Pt layer. As such, the lower electrode 310 formed of the Ti / Pt layer not only functions as a common electrode, but also inter-diffusions between the first flow path plate 210 below and the piezoelectric film 320 formed thereon. It also serves as a diffusion barrier layer to prevent diffusion. The piezoelectric film 320 is formed on the lower electrode 310 and disposed at a position corresponding to the pressure chamber 204. The piezoelectric film 320 is deformed by the application of a voltage, thereby deforming the piezoelectric plate on the pressure chamber 204 by the deformation thereof. The piezoelectric film 320 may be made of a piezoelectric material, preferably a lead zirconate titanate (PZT) ceramic material. The upper electrode 330 serves as a driving electrode for applying a voltage to the piezoelectric film 320 and is formed on the piezoelectric film 320.

상기 노즐 플레이트(100)는 상기 제2 유로 플레이트(220)의 저면에 부착된다. 이러한 노즐 플레이트(100)에는 댐퍼(205)에 대응되는 위치에 노즐(150)이 관통 형성된다. 그리고, 상기 노즐(150)은, 출구쪽으로 가면서 점차 단면적이 감소하는 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다. The nozzle plate 100 is attached to the bottom of the second flow path plate 220. The nozzle plate 100 penetrates through the nozzle plate 100 at a position corresponding to the damper 205. In addition, the nozzle 150 may be formed in a tapered shape in which the cross-sectional area gradually decreases toward the outlet.

그리고, 본 발명의 특징부로서, 상기 노즐 플레이트(100)는 상기 다수의 노즐(150) 각각의 둘레에 배치된 히터(140)와, 상기 히터(140)를 구동시키기 위한 전극(120)을 가진다. 구체적으로, 상기 노즐 플레이트(100)는, 상기 다수의 노즐(150)이 관통되어 형성된 기판(110)과, 상기 기판(110) 상에 형성된 히터(140) 및 전극(120)과, 상기 히터(140)와 전극(120)을 덮도록 상기 기판(110) 상에 형성된 절연층(130)을 구비한다. And, as a feature of the present invention, the nozzle plate 100 has a heater 140 disposed around each of the plurality of nozzles 150, and an electrode 120 for driving the heater 140. . Specifically, the nozzle plate 100 may include a substrate 110 formed through the plurality of nozzles 150, a heater 140 and an electrode 120 formed on the substrate 110, and the heater ( An insulating layer 130 formed on the substrate 110 to cover the 140 and the electrode 120 is provided.

상기 기판(110)으로는 실리콘 웨이퍼 등의 여러 가지 기판이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 인쇄회로기판(PCB ; Printed Circuit Boaed)용 베이스 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 바와 같이, 노즐 플레이트(100)를 보다 적은 비용으로 용이하게 제조할 수 있기 때문이다. Various substrates such as a silicon wafer may be used as the substrate 110, but it is preferable to use a base substrate for a printed circuit board (PCB). This is because the nozzle plate 100 can be easily manufactured at a lower cost, as will be described later.

상기 히터(140)는 상기 다수의 노즐(150) 각각의 둘레에 배치된다. 상기 히 터(140)는 저항발열체, 예컨대 TaAl 또는 TaN으로 이루어질 수 있다. 상기 히터(140)는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 노즐(150)과 소정 간격을 두고 상기 노즐(150)의 둘레에 배치된 두 개의 세그먼트(141, 142)로 분할된다. 상기 두 개의 세그먼트(141, 142) 각각은 도시된 바와 같이 원호 형상을 이루게 된다. 상기 두 개의 세그먼트(141, 142)는 독립적으로 구동되어 상기 노즐(150) 내의 잉크를 부분적으로 가열하게 된다. 이에 따라, 노즐(150) 내의 잉크 중 가열된 부분의 표면장력이 변화하게 되므로, 노즐(150)을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 방향이 편향된다. 이에 대해서는 뒤에서 상세하게 설명하기로 한다. The heater 140 is disposed around each of the plurality of nozzles 150. The heater 140 may be made of a resistance heating element, such as TaAl or TaN. As shown in FIG. 5A, the heater 140 is divided into two segments 141 and 142 disposed around the nozzle 150 at a predetermined distance from the nozzle 150. Each of the two segments 141 and 142 has an arc shape as shown. The two segments 141, 142 are driven independently to partially heat the ink in the nozzle 150. Accordingly, the surface tension of the heated portion of the ink in the nozzle 150 is changed, so that the discharge direction of the ink droplets discharged through the nozzle 150 is deflected. This will be described in detail later.

그리고, 상기 전극(120)은 도전성이 우수한 금속으로 이루어진다. 예컨대, 상기 전극(120)은 PCB 제조에 있어서 배선 물질로 주로 사용되는 구리(Cu)로 이루어질 수 있다. 상기 전극(120)은 상기 히터(140)의 두 개의 세그먼트(141, 142) 각각을 독립적으로 구동시킬 수 있도록, 도 5a에 도시된 바와 같이 두 개의 세그먼트(141, 142) 각각에 연결되는 패턴으로 형성된다. 그러나, 상기 전극(120)은 도 5a에 도시된 패턴이 아니더라도 두 개의 세그먼트(141, 142) 각각에 연결될 수 있는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. In addition, the electrode 120 is made of a metal having excellent conductivity. For example, the electrode 120 may be made of copper (Cu), which is mainly used as a wiring material in PCB manufacturing. The electrode 120 has a pattern connected to each of the two segments 141 and 142, as shown in FIG. 5A, to independently drive the two segments 141 and 142 of the heater 140. Is formed. However, the electrode 120 may be formed in various patterns that may be connected to each of the two segments 141 and 142 even though the pattern is not illustrated in FIG. 5A.

상기 절연층(130)은 상기 기판(110) 상에 상기 히터(140)와 전극(120)을 덮도록 형성되어, 이들을 보호하고 절연시키는 역할을 한다. 이러한 절연층(130)으로는 여러 가지 절연 물질이 사용될 수 있으나, PCB 제조에 있어서 절연 물질로 주로 사용되는 PSR(Photo Solder Resist)로 이루어지는 것이 바람직하다. The insulating layer 130 is formed on the substrate 110 to cover the heater 140 and the electrode 120 to protect and insulate them. Various insulating materials may be used as the insulating layer 130, but it is preferable that the insulating layer 130 is made of PSR (Photo Solder Resist) which is mainly used as an insulating material in PCB manufacturing.

도 5b는 도 4에 도시된 노즐 플레이트에 마련된 히터의 다른 예를 보여주는 부분 확대 평면도이다. 5B is a partially enlarged plan view illustrating another example of the heater provided in the nozzle plate illustrated in FIG. 4.

도 5b를 참조하면, 본 발명에 따른 노즐 플레이트(100)에 마련되는 히터(140)는 상기 노즐(150)의 둘레를 따라 90°간격으로 분할된 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144)로 이루어질 수 있다. 상기 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144) 각각은 도시된 바와 같이 원호 형상을 이루게 된다. 그리고, 상기 전극(120)은 상기 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144)를 독립적으로 구동시킬 수 있도록 도시된 바와 같이 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144) 각각에 연결되는 패턴으로 형성된다. 한편, 상기 전극(120)은 도 5b에 도시된 패턴이 아니더라도 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144) 각각에 연결될 수 있는 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. Referring to FIG. 5B, the heater 140 provided in the nozzle plate 100 according to the present invention includes four segments 141, 142, 143, and 144 divided at 90 ° intervals along the circumference of the nozzle 150. It may be made of. Each of the four segments 141, 142, 143, and 144 has an arc shape as shown. In addition, the electrode 120 has a pattern connected to each of the four segments 141, 142, 143, and 144 as shown to drive the four segments 141, 142, 143, and 144 independently. Is formed. Meanwhile, the electrode 120 may be formed in various patterns that may be connected to each of the four segments 141, 142, 143, and 144 even though the pattern is not illustrated in FIG. 5B.

도 5a와 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐 플레이트(100)에 마련되는 히터(140)는 두 개의 세그먼트(141, 142) 또는 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144)로 분할된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 히터(140)는 세 개 또는 다섯 개 이상의 세그먼트로 분할될 수도 있다. 5A and 5B, the heater 140 provided in the nozzle plate 100 according to the present invention may be divided into two segments 141 and 142 or four segments 141, 142, 143 and 144. Divided. However, the present invention is not limited thereto, and the heater 140 may be divided into three or five or more segments.

이하에서는, 도 6a 내지 도 6c를 참조하며, 도 5a에 도시된 두 개의 세그먼트로 분할된 히터를 가진 노즐 플레이트에 있어서 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 방향이 편향되는 메카니즘을 설명하기로 한다. Hereinafter, referring to FIGS. 6A to 6C, a mechanism in which the direction of the ink droplets ejected through the nozzle is deflected in the nozzle plate having the heater divided into two segments shown in FIG. 5A will be described.

먼저 도 6a를 참조하면, 상기 히터(140)의 제1 세그먼트(141)와 제2 세그먼트(142)에 전류가 공급되지 않으면, 제1 세그먼트(141)와 제2 세그먼트(142) 모두에서 열이 발생되지 않으므로, 노즐(150) 내의 잉크의 온도는 균일하다. 이 경우에 는 노즐(150) 내면에 대한 잉크의 접촉각이 균일하여, 도 6a에 도시된 바와 같이 볼록한 매니스커스(M)가 형성된다. 상기 압전 액츄에이터(300)의 구동에 의해 노즐(150) 내의 잉크에 압력이 가해지게 되면, 잉크는 액적(D)의 형태로 노즐(150)로부터 토출되는데, 이 때 잉크 액적(D)은 직진하게 된다. Referring first to FIG. 6A, if no current is supplied to the first segment 141 and the second segment 142 of the heater 140, heat is generated in both the first segment 141 and the second segment 142. Since it is not generated, the temperature of the ink in the nozzle 150 is uniform. In this case, the contact angle of the ink with respect to the inner surface of the nozzle 150 is uniform, so that a convex meniscus M is formed as shown in Fig. 6A. When pressure is applied to the ink in the nozzle 150 by driving the piezoelectric actuator 300, the ink is discharged from the nozzle 150 in the form of droplet D, in which the ink droplet D is straight. do.

다음으로 도 6b를 참조하면, 상기 히터(140)의 제1 세그먼트(141)에만 전류를 공급하게 되면, 제1 세그먼트(141)에서만 열이 발생하게 되므로 노즐(150) 내의 잉크 중 제1 세그먼트(141)에 인접한 부분만 가열된다. 이에 따라, 가열된 부분의 잉크의 점성과 표면장력이 낮아지게 되므로, 그 부분의 노즐(150) 내면에 대한 잉크의 접촉각이 작아지게 되어, 도 6b에 도시된 바와 같은 매니스커스(M)가 형성된다. 이 경우, 압전 액츄에이터(300)의 구동에 의해 노즐(150) 내의 잉크에 압력이 가해지게 되면, 노즐(150)로부터 토출되는 잉크 액적(D)의 방향은 오른쪽으로 편향된다. 이 때, 상기 히터(140)의 세그먼트들(141, 142)은 잉크의 표면장력을 변화시킬 수 있는 정도, 예컨대 수십 ℃ 정도로 잉크를 가열하면 되므로, 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 구비되는 버블 발생용 히터에 비해 에너지 소모가 훨씬 적다. Next, referring to FIG. 6B, when current is supplied only to the first segment 141 of the heater 140, heat is generated only in the first segment 141. Only the portion adjacent to 141 is heated. Accordingly, since the viscosity and surface tension of the ink of the heated portion is lowered, the contact angle of the ink with respect to the inner surface of the nozzle 150 of the portion is reduced, so that the meniscus M as shown in FIG. Is formed. In this case, when pressure is applied to the ink in the nozzle 150 by driving the piezoelectric actuator 300, the direction of the ink droplet D discharged from the nozzle 150 is deflected to the right. In this case, since the segments 141 and 142 of the heater 140 need only heat the ink to change the surface tension of the ink, for example, several tens of degrees Celsius, the inkjet printhead of the conventional thermal driving method is provided. Much less energy is consumed than a bubble heater.

다음으로 도 6c를 참조하면, 상기 히터(140)의 제2 세그먼트(142)에만 전류를 공급하게 되면, 제2 세그먼트(142)에서만 열이 발생하게 되므로 노즐(150) 내의 잉크 중 제2 세그먼트(142)에 인접한 부분만 가열된다. 이에 따라, 도 6c에 도시된 바와 같은 매니스커스(M)가 형성되어 노즐(150)로부터 토출되는 잉크 액적(D)의 방향은 왼쪽으로 편향된다. Next, referring to FIG. 6C, when current is supplied only to the second segment 142 of the heater 140, heat is generated only in the second segment 142, so that the second segment of the ink in the nozzle 150 ( Only the portion adjacent to 142 is heated. Accordingly, the meniscus M as shown in FIG. 6C is formed, and the direction of the ink droplet D discharged from the nozzle 150 is deflected to the left.

상기한 바와 같이, 노즐 플레이트(100)에 마련된 히터(140)의 두 개의 세그먼트들(141, 142)을 선택적으로 구동시키게 되면, 노즐(150)을 통해 토출되는 잉크 액적(D)의 방향을 좌측 또는 우측으로 편향시킬 수 있게 된다. 그리고, 도 5b에 도시된 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144)로 분할된 히터(140)를 가진 노즐 플레이트(100)에 의하면, 노즐(150)을 통해 토출되는 잉크 액적의 방향을 보다 다양하게 변화시킬 수 있다. As described above, when the two segments 141 and 142 of the heater 140 provided in the nozzle plate 100 are selectively driven, the direction of the ink droplet D discharged through the nozzle 150 is left. Or to the right. In addition, according to the nozzle plate 100 having the heater 140 divided into four segments 141, 142, 143, and 144 illustrated in FIG. 5B, the direction of the ink droplets discharged through the nozzle 150 may be viewed. It can be varied.

한편, 상기한 구성을 가지는 본 발명에 따른 노즐 플레이트는 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 프린트헤드 뿐만 아니라 유체를 토출하는 적어도 하나의 노즐을 가지는 다양한 유체 토출 시스템에도 적용될 수 있을 것이다. Meanwhile, the nozzle plate according to the present invention having the above-described configuration may be applied to various fluid ejection systems having at least one nozzle for ejecting a fluid as well as an inkjet printhead for ejecting ink droplets.

도 7은 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드의 노즐 플레이트에 의해 높은 해상도의 화상을 인쇄하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 7 is a view for explaining a method of printing a high resolution image by the nozzle plate of the inkjet printhead according to the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드(100)에 다수의 노즐(150)을 소정의 CPI로 배열하고, 각 노즐(150)의 둘레에 배치된 히터(140)의 세그먼트들(141, 142)을 선택적으로 구동시켜 각 노즐(150)로부터 토출되는 잉크 액적의 방향을 변화시킨다. 그러면, 용지(400) 상에는 각 노즐(150)로부터 직진하는 도트들(402)과 각 노즐(150)로부터 편향되는 도트들(402, 403)이 소정 간격을 두고 하나의 라인 상에 형성된다. 따라서, 용지(400) 상에 형성되는 화상의 DPI는 프린트헤드(100)의 CPI에 비해 3배로 향상될 수 있는 것이다. Referring to FIG. 7, a plurality of nozzles 150 are arranged at a predetermined CPI in the inkjet printhead 100 according to the present invention, and segments 141 of the heaters 140 disposed around each nozzle 150. , 142 is selectively driven to change the direction of the ink droplets ejected from the nozzles 150. Then, dots 402 straight from each nozzle 150 and dots 402 and 403 deflected from each nozzle 150 are formed on one line at a predetermined interval on the paper 400. Therefore, the DPI of the image formed on the paper 400 can be improved by three times compared to the CPI of the printhead 100.

한편, 도 5b에 도시된 네 개의 세그먼트(141, 142, 143, 144)로 분할된 히터(140)를 가진 노즐 플레이트(100)에 의하면, 노즐(150)을 통해 토출되는 잉크 액적 의 방향을 보다 다양하게 변화시킬 수 있어서, 낮은 CPI를 가진 프린트헤드(100)에 의해서도 보다 높은 해상도를 가진 화상을 인쇄할 수 있다. Meanwhile, according to the nozzle plate 100 having the heater 140 divided into four segments 141, 142, 143, and 144 illustrated in FIG. 5B, the direction of the ink droplets discharged through the nozzle 150 may be viewed. Various changes can be made so that a higher resolution image can be printed even by the printhead 100 having a lower CPI.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하며 본 발명에 따른 노즐 플레이트의 제조 방법을 설명하기로 한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention.

도 8a 내지 도 8f는 도 4에 도시된 본 발명에 따른 노즐 플레이트의 제조 방법을 단계적으로 보여주는 단면도들이다. 이 도면들에서, 설명의 편의를 위해 히터와 전극이 형성되는 면이 상면이 되도록 노즐 플레이트가 도시되어 있다. 8A to 8F are cross-sectional views showing a method of manufacturing a nozzle plate according to the present invention shown in FIG. In these figures, the nozzle plate is shown so that the surface on which the heater and the electrode are formed is the upper surface for convenience of description.

도 8a를 참조하면, 먼저 기판(110)을 준비한 후, 그 기판(110) 상에 소정 패턴의 전극(120)을 형성한다. 구체적으로, 상기 기판(110)으로는 전술한 바와 같이 PCB용 베이스 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 PCB용 베이스 기판은 주로 폴리이미드로 이루어진다. 그리고, 상기 전극(120)은 상기 기판(110)의 상면 전체에 도전성이 우수한 금속, 예컨대 구리(Cu)를 소정 두께로 증착한 뒤, 이를 소정 패턴으로 패터닝함으로써 형성될 수 있다. Referring to FIG. 8A, first, a substrate 110 is prepared, and then an electrode 120 having a predetermined pattern is formed on the substrate 110. Specifically, it is preferable to use the base substrate for the PCB as described above as the substrate 110. The base substrate for the PCB mainly consists of polyimide. In addition, the electrode 120 may be formed by depositing a metal having excellent conductivity, such as copper (Cu), on the entire upper surface of the substrate 110 to a predetermined thickness, and then patterning the same in a predetermined pattern.

다음으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 상에 상기 전극(120)을 덮도록 제1 절연층(131)을 형성한다. 상기 제1 절연층(131)은 전극(120)의 절연과 함께 전극(120)을 보호하는 역할을 한다. 구체적으로, 상기 제1 절연층(131)은 기판(110)의 상면 전체에 PCB 제조 공정에서 널리 사용되는 PSR(Photo Solder Resist)을 도포함으로써 형성될 수 있다. Next, as shown in FIG. 8B, a first insulating layer 131 is formed on the substrate 110 to cover the electrode 120. The first insulating layer 131 serves to protect the electrode 120 together with the insulation of the electrode 120. Specifically, the first insulating layer 131 may be formed by applying a photo solder resist (PSR) widely used in a PCB manufacturing process to the entire upper surface of the substrate 110.

이어서, 도 8c에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 상면에 형성된 제1 절연층(131)을 패터닝하여 상기 전극(120)의 일부를 노출시키는 트렌치(133)를 형성한다. 이 때, 상기 제1 절연층(131)의 패터닝은 노광과 현상을 포함하는 알려진 포토리소그라피 공정에 의해 이루어질 수 있다. 그리고, 상기 트렌치(133)는 노즐(도 8f의 150)이 형성될 부위의 둘레에 배치되도록 형성되며, 적어도 두 개의 부분으로 분할되도록 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 8C, the first insulating layer 131 formed on the upper surface of the substrate 110 is patterned to form a trench 133 exposing a portion of the electrode 120. In this case, the patterning of the first insulating layer 131 may be performed by a known photolithography process including exposure and development. In addition, the trench 133 is formed to be disposed around the portion where the nozzle (150 in FIG. 8F) is to be formed, and is formed to be divided into at least two parts.

다음으로, 도 8d에 도시된 바와 같이, 상기 트렌치(133) 내에 저항발열체, 예컨대 TaAl 또는 TaN을 증착하여 히터(140)를 형성한다. 이 때, 전술한 트렌치(133)의 형상에 따라, 상기 히터(140)는 적어도 두 개의 세그먼트로 분할되어 형성된다. Next, as shown in FIG. 8D, a resistance heating element such as TaAl or TaN is deposited in the trench 133 to form the heater 140. At this time, according to the shape of the trench 133 described above, the heater 140 is divided into at least two segments are formed.

이어서, 도 8e에 도시된 바와 같이, 상기 제1 절연층(131) 위에 상기 히터(140)를 덮도록 제2 절연층(132)을 형성한다. 상기 제2 절연층(132)은 히터(140)의 절연과 함께 히터(140)를 보호하는 역할을 한다. 상기 제2 절연층(132)은 상기 제1 절연층(131)과 마찬가지로 PSR(Photo Solder Resist)을 도포함으로써 형성될 수 있다. Subsequently, as illustrated in FIG. 8E, a second insulating layer 132 is formed on the first insulating layer 131 to cover the heater 140. The second insulating layer 132 serves to protect the heater 140 together with the insulation of the heater 140. The second insulating layer 132 may be formed by applying a photo solder resist (PSR) similarly to the first insulating layer 131.

마지막으로, 도 8f에 도시된 바와 같이, 상기 히터(140) 안쪽의 상기 기판(110), 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)을 관통하도록 가공하여 노즐(150)을 형성함으로써, 본 발명에 따른 노즐 플레이트(100)를 완성한다. 이 때, 상기 노즐(150)은 상기 기판(110), 제1 절연층(131) 및 제2 절연층(132)을 레이저 가공 또는 드릴 가공함으로써 형성될 수 있다. Finally, as shown in FIG. 8F, the nozzle 150 is formed by processing the substrate 110, the first insulating layer 131, and the second insulating layer 132 inside the heater 140. Thus, the nozzle plate 100 according to the present invention is completed. In this case, the nozzle 150 may be formed by laser processing or drilling the substrate 110, the first insulating layer 131, and the second insulating layer 132.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 노즐 플레이트(100)는 PCB용 베이스 기판(110)을 사용하여 PCB 제조 공정에 의해 제조될 수 있으므로, 그 공정이 단순하고 제조 비용이 적게 드는 장점이 있다. As described above, since the nozzle plate 100 according to the present invention can be manufactured by a PCB manufacturing process using the PCB base substrate 110, the process is simple and the manufacturing cost is low.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명했지만, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 예컨대, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 노즐 플레이트는 잉크 액적을 토출하는 잉크젯 프린트헤드 뿐만 아니라 유체를 토출하는 노즐을 가지는 다양한 유체 토출 시스템에도 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.While the preferred embodiments of the present invention have been described in detail, these are merely exemplary, and those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. For example, as described above, the nozzle plate according to the present invention can be applied to various fluid ejection systems having a nozzle for ejecting a fluid as well as an inkjet printhead for ejecting ink droplets. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the appended claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 노즐 둘레에 마련된 히터에 의해 잉크의 표면장력을 조절함으로써 노즐을 통해 토출되는 잉크 액적의 토출 방향을 여러 방향으로 제어할 수 있다. 따라서, 낮은 CPI를 가진 프린트헤드에 의해서도 높은 해상도를 가진 화상을 인쇄할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, the discharge direction of the ink droplets discharged through the nozzle can be controlled in various directions by adjusting the surface tension of the ink by the heater provided around the nozzle. Therefore, there is an effect that a high resolution image can be printed even by a printhead having a low CPI.

또한, 본 발명에 따른 잉크젯 프린트헤드에 구비되는 히터는 잉크의 표면장력을 변화시킬 수 있는 정도, 예컨대 수십 ℃ 정도로 잉크를 가열하면 되므로, 종래의 열구동 방식의 잉크젯 프린트헤드에 구비되는 버블 발생용 히터에 비해 에너지 소모가 훨씬 적은 장점이 있다. In addition, since the heater provided in the inkjet printhead according to the present invention only needs to heat the ink to the extent that the surface tension of the ink can be changed, for example, several tens of degrees Celsius, the bubble generation for the inkjet printhead of the conventional thermal drive type inkjet printhead. The energy consumption is much lower than that of the heater.

그리고, 본 발명에 따른 노즐 플레이트는 PCB용 베이스 기판을 사용하여 용이하게 제작될 수 있으므로 제조 비용이 낮아지는 장점이 있다. In addition, the nozzle plate according to the present invention has an advantage of low manufacturing cost because it can be easily manufactured using a base substrate for the PCB.

Claims (26)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 유체를 토출하기 위한 적어도 하나의 노즐이 관통 형성된 노즐 플레이트의 제조 방법에 있어서, In the manufacturing method of the nozzle plate through which at least one nozzle for discharging a fluid, 기판 상에 소정 패턴으로 전극을 형성하는 단계;Forming electrodes on the substrate in a predetermined pattern; 상기 기판 상에 상기 전극을 덮도록 제1 절연층을 형성하는 단계;Forming a first insulating layer on the substrate to cover the electrode; 상기 제1 절연층을 패터닝하여 상기 노즐이 형성될 부위의 둘레에 상기 전극의 일부를 노출시키는 트렌치를 형성하는 단계;Patterning the first insulating layer to form a trench that exposes a portion of the electrode around a portion where the nozzle is to be formed; 상기 트렌치 내에 저항발열체를 증착하여 히터를 형성하는 단계;Depositing a resistance heating element in the trench to form a heater; 상기 제1 절연층 위에 상기 히터를 덮도록 제2 절연층을 형성하는 단계; 및Forming a second insulating layer on the first insulating layer to cover the heater; And 상기 기판, 제1 절연층 및 제2 절연층을 관통하도록 가공하여 상기 히터 안쪽에 노즐을 형성하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법. And forming a nozzle inside the heater by processing the substrate, the first insulating layer, and the second insulating layer to penetrate through the first insulating layer and the second insulating layer. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 기판으로서 인쇄회로기판용 베이스 기판이 사용되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법. A base plate for a printed circuit board is used as the substrate. 제 19항에 있어서, The method of claim 19, 상기 전극은 상기 기판 상에 소정 두께의 금속층을 형성한 후, 상기 금속층을 소정 패턴으로 패터닝함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법.And the electrode is formed by forming a metal layer having a predetermined thickness on the substrate and then patterning the metal layer in a predetermined pattern. 제 21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 금속층은 구리(Cu)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법.The metal layer is a manufacturing method of the nozzle plate, characterized in that made of copper (Cu). 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 제1 절연층과 제2 절연층은 PSR(Photo Solder Resist)을 도포함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법.The first insulating layer and the second insulating layer is a method of manufacturing a nozzle plate, characterized in that formed by applying a photo solder resist (PSR). 제 19항에 있어서, The method of claim 19, 상기 히터는 상기 노즐과 소정 간격을 두고 상기 노즐의 둘레에 배치된 적어도 두 개의 세그먼트로 분할되어 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법. And the heater is divided into at least two segments arranged around the nozzle at a predetermined interval from the nozzle. 제 19항에 있어서, The method of claim 19, 상기 히터는 TaAl 과 TaN 중 적어도 하나의 물질을 증착함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법.And the heater is formed by depositing at least one material of TaAl and TaN. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 노즐은 레이저 가공 또는 드릴 가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플레이트의 제조 방법. The nozzle is a method of manufacturing a nozzle plate, characterized in that formed by laser processing or drill processing.
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